СПОСОБ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН Советский патент 1994 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при освоении и очистке призабойной зоны нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а также для закачки пенной инертной системы в пласт.

Цель изобретения - повышение эффективности способа освоения системы скважин, оборудованных нагнетательным водоводом.

Сущность способа заключается в следующем.

В основу выработки азота из воздуха положена физическая зависимость, определяемая законом Генри
С_г = К(t) ˙P_г , (1) где С_г - максимальная концентрация газа в жидкости, мг/л;
Р_г - парциальное давление газа, МПа (0,1 кгс/см²);
К(t) - коэффициент, равный растворимости газа при температуре жидкости (t) и парциальном давлении газа 1 кгс/см².

В способе реализуется способность воздуха при контакте с определенным (повышенным) давлении, например, с использованием компрессора или эжектора, растворяться в воде так, что за счет содержания в воздухе кислорода (O₂) в значительно меньшем объеме, чем азота (N₂), вся часть содержащегося в воздухе кислорода (О₂) перейдет в растворенное состояние, а оставшаяся газовая фаза будет содержать только азот (N₂), который будет отобран и использован для образования совместно с водой в ПАВ инертной пенообразной системы и закачки ее в скважину в целях освоения или очистки.

Для расчета технологического процесса по очистке воздуха от содержащегося в нем кислорода можно воспользоваться известными данными растворимости в воде воздуха, а также содержащихся в нем азота (N₂) и кислорода (О₂) при нормальном давлении (атмосферном) и различных температурах.

Способ может быть реализован путем использования воды, например, из системы поддержания пластового давления (ППД), нагнетаемой, как правило, под давлением до 10-15 МПа при температуре в среднем +10^оС.

При реализации способа процесс выработки из воздуха азота (N₂) может быть рассчитан исходя из содержания в воздухе 80% азота и 20% кислорода с учетом данных растворимости воздуха в воде.

Расчеты показали, что при нормальном давлении и температуре +10^оС в результате контактирования 0,03935 м³ воздуха (V) с 1 м³ воды в последней растворится 0,02237 м³ воздуха, в т.ч. 0,01450 м³ азота и полностью содержащийся в этом объеме воздуха кислород - 0,00787 м³, а 0,01698 м³ азота (V) останется в газообразном состоянии и может быть отобран.

Проверка расчета производилась следующим образом.

Полное растворение кислорода воздуха в 1 м³ воды достигается при условии, если на контактирование с 1 м³ воды будет подано воздуха (V) в объеме 0,03935 м³. Оставшаяся газовая часть будет состоять только из азота V, т.е. V = 0,03935 = 0,02237 + V.

В этом случае общий объем воздуха, поданный на контактирование с 1 м³ воды, т.е. V = 0,2237 + V, примем за 100%.

Полностью растворившийся в 1 м³ воды кислород воздуха в объеме 0,00787 мм³ должен составить, как известно, 20%, т.е. величину его обычного содержания в воздухе. Следовательно, пропорция запишется так:
0,02237 + V - 100%,
0,00787 - 20%.

Объем свободного обескислороженного газообразного азота N₂, который может быть отобран из сепаратора после контактирования воздуха с водой, определится из пропорции следующим образом:
V= =0,01698 м³.

Таким образом, для выделения из воды в чистом виде на контактирование с ней при атмосферном давлении и +10^оС необходимо подать воздух в объеме V = 0,02237 + 0,01698 = 0,03135 м³.

Как известно, растворимость газов в жидкости растет прямо пропорционально росту их парциальных давлений (см. формулу 1). Следовательно, при той же температуре процесса (+10^оС) и при давлении системы ППД, равном 10 МПа, значения растворимости газов возрастут примерно в 100 раз и составят соответственно при контактировании с 1 м³воды 3,935 м³ воздуха. В нем растворится наряду с частью азота (1,45 м³) весь кислород (0,787 м³), а 1,698 м³ азота останется в газообразном состоянии и может быть отобран в процессе сепарации для приготовления совместно с ПАВ пенной системы и использования ее для освоения и очистки скважины.

Закачка воды в скважины, как известно, осуществляется через водораспределительные батареи (ВРБ). На ВРБ поступает вода в значительном объем, например 10 тыс.м³/сут. Следовательно, на ВРБ можно вырабатывать из воздуха азот в объеме по 17 тыс.м³/сут (10 х 1,698), что вполне достаточно для реализации способа.

Для повышения надежности реализации способа необходимо на 1 м³ воды подавать воздух в объеме меньше расчетного. В этом случае достигается надежное полное растворение содержащегося в нем кислорода, а из газоводяной смеси будет выделен газообразный азот в несколько меньшем объеме, но наверняка не содержащий кислород, что повысит надежность реализации способа. Так, например, если на ВРБ вырабатывать азот в определенном предельном объеме (не выше), т. е. на 10 тыс.м³/сут закачиваемой воды не 17 тыс.м³/сут азота, а, например, 10 тыс.м³/сут (8 м³/мин), и при промывке одной скважины обеспечить подачу на нее воды со средним расходом 500 м³/сут (5 л/c), то в пенообразной системе на 1 м³воды будет содержаться до 20 м³ газообразного азота (10000 : 500 = 20), что даже превысит необходимые требования по расходу газа для создания стабильной пенной системы при рекомендованном дозировании ПАВ с массовой долей, равной 100 г на 1 м³ воды.

Рассмотрим конкретный пример осуществления способа.

Объем воды, подаваемой из системы ППД на ВРБ, 10 тыс.м³/cут. Давление воды на входе в ВРБ 15 МПа. Давление воды, закачиваемой в нагнетательные скважины, 10 МПа. Перепад давления на эжекторе до 5 МПа. Расход воды при осуществлении промывки скважины 500 м³/cут. Расход газа (азота) для создания газоводяной смеси до 15 тыс.м³/сут. Расход ПАВ для создания пенной газоводяной системы 50 кг/сут (из расчета 100 г на 1 м³воды). Тип ПАВ, например, МЛ-80, Прогалит НМ-20/40, Неонол, ОП-10 и др.

На чертеже представлена схема реализации способа.

На нагнетательном водороде 1 перед входом в ВРБ 2 устанавливаются секущая задвижка 3 и байпас 4, на отводе 5 устанавливаются задвижка 6, компрессор (эжектор) 7, пассивный прием которого снабжен обратным клапаном 8 и соединен с атмосферой, сепаратор 9, задвижка 10, через которую вода, пройдя через эжектор 7 и сепаратор 9, возвратится в нагнетательный водовод 1 и поступит на ВРБ 2. Газ (азот) из сепаратора 9 отводится по газопроводу 11 на газораспределительную гребенку 12 ВРБ 2 и через одну из задвижек 13 (при необходимости) подается с потоком воды на скважинку 14 для ее освоения, очистки или для закачки в пласт.

Для образования пенной системы в газораспределительную гребенку 12 подается ПАВ с помощью, например, дозаторного блока 15 и вода. Вода может подаваться с ВРБ 2. С целью же исключения содержания в воде растворенного кислорода она отбирается из нагнетательного водовода 1 по дополнительному отводу 16 через задвижку 17, регулятор расхода 18 и задвижку 19 до байпаса 4, т. е. до того, как она проконтактирует под давлением с воздухом и в ней растворится кислород.

Следует учитывать, что в общем объеме воды, закачиваемой в пласт через ВРБ 2, содержание растворенного кислорода будет незначительным и не отразится на процессе вытеснения нефти из пласта.

До реализации способа закачка воды через нагнетательные скважины 14 в пласт осуществляется по обычной технологии через ВРБ 2, минуя байпас 4. Задвижки 6, 10, 13, 17 и 19 при этом закрыты, а 3 - открыта. Подача ПАВ с блока 15 не производится.

В случае необходимости освоения или очистки призабойной зоны одной из нагнетательных скважин 14, подключенных к ВРБ 2, реализация способа осуществляется следующим образом.

Включается дозаторный блок 15 и в газопровод 11 подается ПАВ. Задвижки 6 и 10 на байпасе открываются, а секущая задвижка 3 закрывается. Открываются задвижки 17, 19, 20 и одна из задвижек 13 газораспределительной гребенки 12 для подачи пенной системы на одну из скважин 14, поставленную на освоение, очистку призабойной зоны или под закачку. При этом в общий поток воды вводится воздух от компрессора 7 (или эжектора 7 за счет потери в нем напора до 5 МПа), воздушно-водяная смесь поступает в сепаратор 9, где происходит, например, при 10 МПа разделение фаз, отсепарированная вода возвращается в водовод 1, поступает на ВРБ 2, распределяется по всем остальным скважинам 14 и нагнетается в пласт, а отобранный из сепаратора 9 азот по газопроводу 11 отбирается и в смеси с ПАВ и водой направляется в газораспределительную (пенораспределительную) гребенку 12 и перепускается в одну из скважин 14, поставленную на освоение, очистку призабойной зоны или под закачку.

Для создания пенной системы, не содержащей кислород, на прием газораспределительной гребенки 12 и далее в скважину 14, поставленную через задвижку 13 под воздействие, подается непроконтактировавшая с воздухом вода, отбираемая из нагнетательного водовода 1 до байпаса 4 по дополнительному отводу 16 через задвижку 17, регулятор расхода (давления) 18 и задвижку 19.

Технологию процесса проще реализовать с использованием компрессора УКП-150. Расчеты показывают, что располагаемый резерв давления на входе в ВРБ 2 позволяет вместо компрессора использовать эжектор и реализовать перепад на эжекторе до 5 МПа, что обеспечит в требуемом объеме подсос атмосферного воздуха, выделение из него азота и подачу его вместе с ПАВ и водой в виде пенной системы в скважину.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и позволяет осуществить взрывобезопасное освоение и очистку призабойной зоны скважины. Цель - повышение эффективности способа освоения системы скважин, оборудованных нагнетательным водоводом. Сущность способа заключается в смешивании сжатого воздуха с водой, закачиваемой в пласт при избыточном давлении, достаточном для того, чтобы содержащийся в воздухе кислород, в силу меньшего содержания в воздухе по сравнению с азотом, растворился в воде. Из воздушно-водяной смеси примерно при том же повышенном давлении отбирают газовую фазу, состоящую из азота. Затем производят смешивание отобранного под давлением газообразного азота с ПАВ и подачу в воду, поступающую в одну из скважин, поставленную под освоение или очистку призабойной зоны пенообразной системой. Последнюю используют для замены глинистого раствора и снижения забойного давления в скважине. 1 ил.

СПОСОБ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН, включающий закачку в одну из них от общего нагнетательного водовода воды или водного раствора поверхностно-активного вещества и газообразного агента с использованием в качестве него азота, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, перед закачкой в скважину воды или водного раствора поверхностно-активного вещества предварительно отобранный атмосферный воздух подают в поток воды нагнетательного водовода, полученную воздушно-водяную смесь сепарируют под давлением и отсепарированные воду возвращают в нагнетательный водовод, а азот направляют на смешивание с водой или водным раствором поверхностно-активного вещества для последующей закачки в скважину.